Günümüzün taşınabilir cihazlarının çok büyük bir bölümünde lityum iyon piller kullanılmaktadır. Cep telefonlarından, fotoğraf makinelerine, dronelardan endüstriyel robotlara kadar pek çok cihazın içerisinde lityum iyon pillerle karşılaşmak mümkündür. Bu lityum iyon piller farklı kapasitelerde, boyutlarda ve güçte olabilir. Doğru lityum iyon pili seçmenin yanı sıra bu pillerin üzerinde yazan değerleri teyit etmek de gerekebilir. Çünkü bazı sahte/kalitesiz piller üzerinde yazan kapasite değerlerini karşılamayarak tüketiciyi yanıltmaktadır.
Lityum pillerin kapasiteleri en önemli ölçü birimlerinden bir tanesidir. Bu içeriğimizde ise bir lityum iyon pili nasıl sağlıklı bir şekilde kapasite testi yapabileceğinizi ve temel matematik hesabını bulabilirsiniz.
Lityum İyon Pillerin Kapasite Değeri
Lityum İyon pillerin kapasitesi hesaplamadan önce kapasite birimlerini ve kapasitenin ne anlama geldiğini anlamak daha doğru olacaktır. Ardından bu birimleri kullanarak bir pilin kapasite değerini hesaplayabiliriz.
Pil Kapasite Değerleri Nelerdir? mAh Ne Demek?
Genellikle pillerin üzerindeki kapasite değeri “mAh” birimi ile gösterilmektedir. Bu değer mili Amper Saat(hour) olarak okunmaktadır. Basitçe açıklamak gerekirse bir pilin bir saatte karşılayabileceği akım miktarıdır. Örneğin 1000mAh pili 1000mA ile deşarj (boşaltırsanız) ederseniz piliniz teoride 1 saat içinde tamamen boşalmış olacaktır.
Bir diğer ölçü birimi ise Wh’dir. Bu değer mili Watt Saat(hour) olarak telafuz edilir ve pilin bir saat içerisinde kaç Watt güç verebileceği anlamına gelir. Örneğin; 5Watt’lık bir motorunuz var ve 10Wh’lik bir piliniz var. Bu durumda 10Wh/5W ile teoride 2 saat boyunca pilinizi kullanabileceğiniz anlamına gelmektedir.
Lityum İyon Pillerin Kapasitesi Nasıl Hesaplanır?
mAh ve Wh değerlerini tam olarak anladıktan sonra bu değerleri kullanarak pil kapasitesinin nasıl hesaplanacağını anlamak daha kolay olacaktır. Öncelikle pilinizin tam şarj olduğunu düşünelim. Bu duruma göre pilinize herhangi bir yük (sabit akım, sabit güç) bağladığınızda çekilen akımı ve pilin yükteki gerilimini (CCV) ölçebiliyorsanız basit bir matematik hesabı ile pilin kapasitesini hesaplayabilirsiniz.
Örneğin; Lityum iyon bir piliniz var. Pilin nominal gerilimi 3.7V, tam şarj gerilimi ise 4.2V olsun. Pilin tam dolu olduğuna da emin olduğumuzu varsayalım. Daha sonra pilinize sabit 1A yük bağladığınızı ve yük bağlıyken bir voltmetre ile pilin yükteki gerilimini (kapalı devre gerilimi – CCV) anlık olarak ölçtüğünüzü düşünelim. Bu durumda tek yapmanız gereken şey bir kronometre tutmak olacaktır.
Pilinizin tam deşarj geriliminin 2.75V olduğunu varsayarsak, pile 1A’lik yük bağlıyken, 2.75V gerilime düşene (deşarj olana) kadar geçen süre ile çekilen akımın çarpımı olacaktır. Örneğin; bu durumun 1 saat sürmesi pilin 1000mAh kapasiteye sahip olması, 2 saat sürmesi 2000mAh kapasiteye sahip olması anlamına gelmektedir.
Formulü ise şu şekildedir:
Kapasite (mAh) = Çekilen Akım (mA) x Saat (h)
veya
Kapasite (mAh) = Çekilen Akım (mA) x Dakika/60 (h)
Örnek: Deşarj süresinin 90 dakika olması durumunda; 1000mA x (90(dakika)/60) = 90000/60 mAh = 1500mAh
anlamına gelmektedir.
Lityum İyon Pillerin Kapasitesi Nasıl Ölçülür – Test Cihazları
Pil veya batarya kapasitesini ölçmek için farklı fonksiyonlara sahip cihazlar kullanılabilir. Bu cihazları bir başlık altında sınıflandırmak için “elektronik yük” demek yanlış olmayacaktır. En temelde, tüm batarya test cihazları bir elektronik yük olarak görülebilir.
Bazı test cihazları sadece pil/akü/batarya grubu referans alınarak tasarlanmış olabilir. Bu cihazlar üzerinde test parametreleri pil/batarya özelliklerine göre ayarlanarak özel testler uygulanabilir. Bazı cihazlar ise bu test sonuçlarını rapor olarak çıktı verebilmektedir.
Hobi Amaçlı Kullanılan Batarya Test Cihazları
Eğer küçük bir hobi atölyeniz varsa basit cihazlar ile yakın sonuçlar alabileceğiniz test cihazları bulunmaktadır. Bunlardan bazılarını sizler için listeledik:
#1 LiitoKala Lii-500 Akıllı Şarj Cihazı
Aslında bir pil şarj cihazı olan bu cihaz pillerin şarjlarını göstermenin yanı sıra şarj ettiği pillerin kapasitesini de göstermektedir. Aynı anda 4 adet pil şarj edilebilen bu cihaz ile Ni-MH, Ni-Cd, Li-ion pilleri şarj edebilir. Aynı zamanda farklı boyutlarda pilleri şarj etmek için de uygundur.
#2 FX35 35W Elektronik Yük
Yine basit cihazlardan bir tanesi olan FX35, isimli elektronik yük cihazı batarya kapasitesi ölçmek için kullanabilir. USB üzerinden beslenen bu ürün 35W gücünde deşarj etme özelliğine sahiptir. Maksimum 5A ile deşarj edebilme özelliğiyle basit projeler için oldukça yeterli bir cihaz olacaktır. Aynı zamanda yük gerilimi 1.5V ile 25V arasında ayarlanmaktadır.
#3 Rigol DL3021A Programlanabilir Elektronik Yük
Test cihazlarının bilinen markalarından bir tanesi olan Rigol tarafından sunulan bu ürün aslında elektronik yük cihazıdır. Ancak cihazın içerisinde olan Pil test menüsü sayesinde batarya/pil testleri yapılabilir. Programlanabilir olan bu cihaz ile batarya/pilinizi Sabit Akım (CC), CV veya CR metodlarıyla deşarj ederek farklı koşullar altında kapasitesini de görebilirsiniz.
Lityum İyon Pillerin Kapasitesini Etkileyen Faktörler
İçeriğimizin bu kısmına kadar batarya testleri için, sonuçların hep teorik olacağından bahsettik. Bilindiği üzere pillerin kapasitesini belirleyen çevresel faktörler ve kullanım koşulları bulunmaktadır. Dolayısıyla her zaman kabaca yapılmış olan hesaplamalar doğru olarak sonuçlanmayacaktır. Eğer detaylı bir hesaplama gerekiyorsa simülasyon programları kullanılarak farklı koşullar altında batarya/pil tepkileri test edilmelidir.
Lityum iyon pillerin kapasitesini etkileyen faktörler ise şunlardır:
- Pil Durumu: Tahmin edileceği üzere yeni piller eski pillere göre daha tutarlı kapasite değerlerine sahiptir.
- Ortam Sıcaklığı: Lityum iyon piller ortam sıcaklığından doğrudan etkilenmektedir. Örneğin; 0 derecenin altında deşarj olan pillerde ciddi oranda kapasite kaybı görülebilir. Dolayısıyla doğru kapasiteyi yakalamak için muhakkak oda sıcaklığında test edilmelidir.
- Lityum İyon Pilin Çalışma Gerilimi: Piller kapasite testine dahil olmadan önce muhakkak datasheet değerleri okunmalı ve bu değerler göz önünde bulundurularak test edilmelidir. Bazı lityum iyon (NMC/NCA) pillerin tam deşarj gerilimi 3.00V olabilirken bazı pillerin deşarj gerilimi 2.5V seviyelerine kadar düşebilmektedir. Gerilimin düşmesi kapasitenin artmasını sağlarken pilin ömrünün kısalmasına yol açabilir.
- Deşarj Oranı: Lityum iyon piller deşarj edilirken farklı akım değerleri uygulanabilir. Deşarj akım değerinin yüksek olması durumunda pilin kapasitesinde düşüş görülme ihtimali ortaya çıkmaktadır.
- Test Cihazının Doğruluğu: Amatör cihazlarla test edilmiş pillerin kapasite sonuçları yanlış olabilir. Dolayısıyla doğru sonuçlar için muhakkak kalibrasyonu yapılmış ve profesyonel cihazlar tercih edilmelidir.
Lityum iyon pillerin kapasitesi neden önemlidir?
Lityum iyon pillerin kapasitesi, bir pilin ne kadar enerji depolayabileceğini ve ne kadar süreyle güç sağlayabileceğini belirler. Bu nedenle, uzun pil ömrü ve güç gereksinimlerini karşılamak için önemlidir.
Kapasite testi için hangi yöntemler kullanılabilir?
Kapasite testi için çeşitli yöntemler kullanılabilir, bunlar arasında en yaygın olarak şarj/deşarj testleri ve ölçüm cihazlarıyla gerçek zamanlı izleme yöntemi kullanılmaktadır.
Pil kapasitesinin ölçümünde doğru veri almak için nelere dikkat etmek gerekir?
Pil kapasitesini ölçerken doğru veri almak için ölçüm cihazlarının doğruluğunu kontrol etmek, standart test koşullarını sağlamak ve pilin yaşına, kullanım geçmişine ve şarj/deşarj döngülerine dikkat etmek önemlidir.